Korišćenje vodonika za proizvodnju električne energije ne izaziva nikakve emisije štetne za klimu. Ali skladištenje i transport gasa predstavljaju tehničke izazove. Imajući ovo na umu, istraživači Fraunhofera koriste amonijak, derivat vodonika koji je lakši za rukovanje, kao početni materijal. Amonijak se razbija u visokotemperaturnoj gorivoj ćeliji, a vodonik proizveden u ovom procesu pretvara se u električnu energiju. Otpadna toplota se može koristiti kao toplotna energija, na primer.
Velike su nade u vodonik i njegove derivate kao izvore energije. Oni igraju centralnu ulogu u komponenti energetske tranzicije Nacionalne strategije za vodonik nemačke savezne vlade. Utvrđeno je da amonijak (NH 3 ) ima posebno visok potencijal, jer se vodonik lakše skladišti i transportuje u obliku amonijaka.
Tim istraživača sa prof. Laurom Nousch sa Fraunhofer instituta za keramičke tehnologije i sisteme IKTS u Drezdenu razvio je demonstrator zasnovan na visokotemperaturnoj gorivi ćelija (čvrsta oksidna gorivna ćelija, SOFC) koja može da koristi amonijak za direktnu proizvodnju električne energije i sa visokom efikasnošću. Električna i toplotna energija se proizvode u jednom kompaktnom sistemu—bez emisije CO 2 ili drugih štetnih nusproizvoda.
Istraživačica Fraunhofera Laura Nousch objašnjava prednosti ove metode: „Amonijak se decenijama koristi u hemijskoj industriji, na primer za proizvodnju đubriva, tako da postoje ustaljeni i poznati procesi rukovanja ovom supstancom. Međutim, još uvek treba da se tretira sa opreznost.
„Kao nosač vodonika, amonijak nudi visoku gustinu energije, a istovremeno ga je relativno lako skladištiti i transportovati. Amonijak je idealan početni materijal za proizvodnju električne i toplotne energije pogodne za klimu.“
U tom procesu, amonijak se prvo kondicionira i ubacuje u kreker, gde se zagreva do temperature od 300°C ili više. Kao odgovor, razlaže se na vodonik (H 2 ) i azot (N 2 ). Kada se proces završi, azot se jednostavno može osloboditi zajedno sa vodenom parom kao bezopasni izduvni gasovi. Zatim se vodonik ubacuje u gorivnu ćeliju visoke temperature.
U keramičkom elektrolitu, on teče preko anode, dok struje vazduha prolaze kroz katodu. Cepanjem vodonika oslobađaju se elektroni koji se kreću od anode do katode. Ovako počinje da teče struja. Pored vodene pare, ova elektrohemijska reakcija takođe proizvodi toplotnu energiju. Dodatno sagorevanje takođe stvara toplotu.
„Toplota se koristi za održavanje visoke temperature unutar krekera, a takođe se oslobađa kao otpadna toplota. Ova druga se onda može koristiti u svrhe kao što je grejanje zgrada,“ objašnjava Nousch.
Prilikom dizajniranja sistema, istraživači iz Fraunhofer IKTS-a su se oslanjali na svoju deceniju stručnosti u radu sa keramičkim gorivim ćelijama. Tim je uspeo da napravi demonstrator gorivih ćelija koji upravlja čitavim procesom razlaganja amonijaka u vodonik i potom generisanja električne energije iz svega u jednom uređaju.
Efikasnost ove metode, kao i onih zasnovanih na prirodnom gasu, iznosi 60%, ali sa tom razlikom što su amonijačni SOFC sistemi relativno jednostavni i robusne strukture.
Sistem je savršen za manje industrijske kompanije koje žele da proizvode električnu energiju bez emisije ugljenika, ali nisu povezane sa budućom jezgrom vodonične mreže, ili za opštine i lokalna komunalna preduzeća koja žele da snabdevaju svoje potrošače zelenom toplotom. Čak i veliki brodovi mogu biti opremljeni ekološki prihvatljivim pogonima na bazi amonijaka/vodonika na ovaj način.
Što je temperatura u krekeru viša, to se više amonijaka razlaže u vodonik. Zauzvrat, na nižim temperaturama, što znači nešto preko 400°C, ostaje značajan deo amonijaka.
„Međutim, naši testovi su pokazali da se molekuli amonijaka takođe potpuno razlažu u vodonik u gorivim ćelijama na visokim temperaturama. Ovo čak može povećati ukupne performanse sistema“, kaže Nousch. A to otvara razne opcije za upravljanje toplotom.
„Ciljani dizajn i pametno upravljanje toplotom kombinuju se sa drugim modifikacijama aspekata kao što su snaga i veličina naslaga gorivih ćelija. Dakle, u mogućnosti smo da osmislimo prilagođena rešenja za proizvodnju električne i toplotne energije pogodne za klimu, posebno za male i srednja preduzeća“, objašnjava ona.
